Matière ionisée et rayonnement électromagnétique

[saint.112]

Bonjour à toutes et à tous

Je suis en état de dissonance cognitive.
Je suis en train de lire dans le Cours d’Astronomie Générale le chapitre Le Soleil et je tombe sur les passages suivants :

La recette du Soleil

Au centre du Soleil, les atomes sont totalement ionisés, et les photons passent sans encombre. La matière est transparente. Le transfert d’énergie se fait par ce mécanisme.
[…]
La zone radiative
La seconde partie du Soleil, à partir du centre, est trop froide pour produire des réactions nucléaires ; sa température est définie par sa pression d’abord, puis par le chauffage qu’elle subit en provenance du cœur. Elle descend de 7 millions de degrés à la base, à 1 million à la périphérie. A ces températures, la matière qui s’y trouve est fortement ionisée. Les électrons étant libres, les atomes n’absorbent pas beaucoup la lumière qui traverse la zone. Celle-ci est donc relativement transparente. Il s’ensuit que le transport radiatif est efficace.

C’est en contradiction avec ce que j’ai retenu de mes cours de physique sur la diffusion Thomson selon laquelle le rayonnement électromagnétique est absorbé par un plasma (matière ionisée). Aurais-je raté quelque chose ?

Merci d'avance de vos lumières.
Nico
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[Lansberg]

C'est du n'importe quoi ce cours... !
Bien sûr que les photons subissent de nombreuses absorptions et réémissions ce qui fait du Soleil un "presque" corps noir.

[zebular]

extrait de l intro:

Ce cours est gratuit ; le seul but de son auteur est de diffuser, dans la limite de ses moyens, la culture astronomique et l’émerveillement profond qu’elle produit. Il ne présente aucune publicité ! En consultant ces pages, vous ne serez jamais agressé…

Ce n’est pas un site web classique : sa structure est plutôt celle d’un livre, avec des chapitres complets. Les liens que vous y trouverez sont des nécessités pédagogiques.

La tâche est immense : expliquer toute l’astronomie, de manière accessible, demande un travail énorme. Le résultat ne saurait être parfait, mais l’ambition de l’auteur est de partager des connaissances. Pardon aux lecteurs pour les inévitables erreurs ou imprécisions qui s’y trouvent malgré tout.

Bonne étude !

Attention : le texte est toujours en cours de rédaction, ou de mise à jour. Cette remarque est permanente, car la perfection est bien lointaine…

on est prevenu

[saint.112]

C'est du n'importe quoi ce cours... !
Bien sûr que les photons subissent de nombreuses absorptions et réémissions ce qui fait du Soleil un "presque" corps noir.

Ouf ! Je craignais d’être obligé de revoir mes notions de base de physique… à moins que les choses aient changé depuis que j’usais mes fonds de culotte sur les bancs rugueux de l’école.
C’est curieux de dire quelque chose qui n’est pas une simple erreur : c’est exactement l’inverse de trucs assez élémentaires. C’est plutôt énorme.
Comment explique-il l’âge sombre, le découplage lors de la recombinaison et donc le fond diffus cosmologique ?

Ceci dit, ce n’est pas ce qui explique l’émission de corps noir du soleil, à ma connaissance.

Nico

[A voir en vidéo sur Futura]

[saint.112]

Ça m’a donné la curiosité d’aller voir le chapitre Cosmologie qui nous dit :

8.2 Découplage et Surface de dernière diffusion
Considérons le même phénomène, mais en s’intéressant maintenant à la lumière. Avant la recombinaison, les photons se déplacent dans un milieu constitué d’un gaz de noyaux et d’électrons. Tous les électrons sont libres, et exercent pleinement leur champ électromagnétique. Tout photon qui passe à proximité d’un électron est diffusé par diffusion Thomson. Il change donc de trajectoire, et reste piégé dans le gaz. Sur sa nouvelle trajectoire, il ne tarde pas à rencontrer un autre électron, qui le diffuse à nouveau. Par conséquent, le libre parcours moyen du photon (longueur du trajet qu’il peut accomplir en ligne droite entre deux diffusions successives), est très court. Ils tournent en rond. Mais à mesure que les électrons sont capturés par les noyaux, leur influence électrique est neutralisée par celle, de signe opposé, du noyau, et l’électron n’agit plus sur les photons. Les photons ont de plus en plus de chances de passer, donc leur libre parcours moyen augmente, tout en restant fini.
Lorsqu’il ne reste pratiquement plus d’électrons libres, le libre parcours moyen des photons devient infini. Cette libération des photons est nommée découplage.

Il y a donc contradiction.

Nico

[Lansberg]

Ce passage est quand même plus juste.

[Gilgamesh]

Le passage du cour reste correct dans le cadre de la vulgarisation.

Ci-dessous l'évolution de l'opacité moyenne du milieu stellaire en fonction de la température.

On voit qu'à basse température (gaz neutre) le milieu est très transparent, puis l'opacité augmente fortement quand le milieu s'ionise pour ensuite baisser à très haute température, propre aux intérieurs stellaires, et se stabiliser quand le milieu est totalement ionisé. Cette relative transparence du milieu est ce qui explique que le transport radiatif domine sur une grande partie du rayon stellaire (pour une étoile comme le soleil), avant de passer en mode convectif en surface.


source : Lecture 7 – Part 1 - Sources of Stellar Opacity

[Calvert]

Salut,

après, tout analyser en terme d'opacité n'explique pas pourquoi les étoiles plus massives ont un coeur convectif, alors que l'opacité reste relativement faible.

[Gilgamesh]

Oui, si je ne m'abuse ça s'explique pas trop mal avec la très forte dépendance du taux de réaction de fusion CNO à la température (genre en T¹⁶). La fusion CNO est dominante dans les étoiles massives par rapport à la chaine p-p qui domine dans les étoiles moyennes (pour des températures centrales inférieures à 15 MK). Le fait que le gradient radiatif de production d'énergie soit très fort fait que le mode de transfert convectif devient plus efficace que le mode de transfert radiatif dans le centre de réaction.

[saint.112]

On voit qu'à basse température (gaz neutre) le milieu est très transparent, puis l'opacité augmente fortement quand le milieu s'ionise pour ensuite baisser à très haute température, propre aux intérieurs stellaires, et se stabiliser quand le milieu est totalement ionisé. Cette relative transparence du milieu est ce qui explique que le transport radiatif domine sur une grande partie du rayon stellaire (pour une étoile comme le soleil), avant de passer en mode convectif en surface.

Désolé de tarder à répondre à cet intéressant point que j’ignorais totalement. J’en étais resté à l’idée qu’un gaz ionisé est opaque. Autrement dit c’est vrai dans une fourchette de températures assez étroite avec un pic. Est-ce que ça dépend aussi de la pression ou seulement de la température ?
Nico

[Gilgamesh]

Désolé de tarder à répondre à cet intéressant point que j’ignorais totalement. J’en étais resté à l’idée qu’un gaz ionisé est opaque. Autrement dit c’est vrai dans une fourchette de températures assez étroite avec un pic. Est-ce que ça dépend aussi de la pression ou seulement de la température ?
Nico

La pression joue indirectement à travers la densité.

La loi de Kramers (la pente descendante) s'exprime comme

κ ~ ρ T^-7/2

avec
κ l'opacité
ρ la densité
T la température

[saint.112]

La pression joue indirectement à travers la densité.

J’aurais dû le déduire par moi-même.

La loi de Kramers (la pente descendante) s'exprime comme
κ ~ ρ T^-7/2
avec
κ l'opacité
ρ la densité
T la température

Si je comprends bien la courbe est la même quelle que soit la densité. Mais avec les mêmes valeurs pour κ et T ?

Merci pour toutes ces précisions. J’ai appris des tas de choses.

Nico

[Gilgamesh]

J’aurais dû le déduire par moi-même.


Si je comprends bien la courbe est la même quelle que soit la densité. Mais avec les mêmes valeurs pour κ et T ?

Merci pour toutes ces précisions. J’ai appris des tas de choses.

Nico

Je ne suis pas sûr de bien comprendre tes conclusion. La courbe n'est pas la même non, on a des courbes qui s'empilent les unes au dessus des autres pour des densités croissantes.

Appliqué à une étoile, ça signifie que l'opacité décroit avec l'augmentation de la température quand on s'approche du centre, mais que cette diminution est partiellement compensée par l'augmentation de la densité du milieu (150 t/m3 au centre du Soleil).